摘 要

本文主要研究的对象是电力系统中的静止无功发生器（SVG），研究SVG工作原理以及无功补偿能力。论文首先介绍了SVG的概况、作用与实用价值、现状及历史背景。其次主要针对多电平静止无功发生器中的中点钳位式三电平静止无功发生器进行论述，基于三电平的静止无功发生器的工作原理，对其设计原理进行的介绍：包括主电路中点钳位型桥式电路的拓扑结构及其工作原理，SVG控制系统的组成部分。对SVG的控制系统的设计，包括无功电流的检测部分，SVG的控制方法部分和三电平调制技术部分。

最后基于在MATLAB仿真软件下的Simulink中对本对此设计采用的静止无功发生器系统进行仿真模型的搭建与研究。结合仿真结果与理论部分的设计原理，对SVG的无功补偿效果进行分析，最后对本次研究设计进行总结。

关键词：静止无功发生器；三电平；无功补偿；MATLAB/Simulink

Abstract

The object of this paper is the static var generator (SVG) in power system.Research on SVG working principle and reactive power compensation.At first, the paper introduces the general situation of SVG, function and practical value, current situation and historical background.Secondly, the paper mainly discusses the neutral point clamped three level static var generator in the multi level static var generator,Working principle of static var generator based on three level,The design principle is introduced:The topology structure and working principle of the clamp type bridge circuit including the middle point of the main circuit,Components of a SVG control system.The design of the control system of SVG, including the reactive current detection part, the control method of SVG and the three level modulation technology.

Finally, based on the Simulink in the MATLAB simulation software to the design of this using the static var generator system simulation model build and research. Combining the simulation results with the theoretical part of the design principle, The effect of reactive power compensation on SVG is analyzed.At last, the design of this research is summarized.

Key words: Static var generator; three level; reactive power compensation; MATLAB/Simulink

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究的背景内容 1

1.2 无功功率及相应的无功补偿装置的简述 1

1.2.1 无功功率的定义 1

1.2.2 无功补偿装置发展由来 2

1.3 多电平中的三电平 3

1.3.1 多电平技术的发展 3

1.3.2 三电平技术 4

第2章 SVG的工作原理及控制方法 5

2.1 SVG的工作原理 5

2.1.1 SVG的工作概念 5

2.1.2 类型分类 5

2.1.3 主电路拓扑结构结构分析 7

2.2 SVG的控制方法 8

2.2.1 电流直接控制 8

2.2.2 电流间接控制 9

2.3 三电平控制策略方法 10

2.3.1 特定谐波消去法PWM(SHEPEM) 10

2.3.2 空间矢量电压调制（SVPWM） 11

2.3.3 正弦波PWM调制（SPWM） 12

2.4 SVG无功电流的检测 13

2.4.1 Fryze功率定义的无功电流你检测方法 13

2.4.2 快速傅里叶变换（FFT）检测 13

2.4.3 基于瞬时无功功率理论的无功电流检测法 14

2.5 设计方案 17

第3章 MATLAB/Simulink仿真 19

3.1 MATLAB/Simulink简介 19

3.2 SVG系统仿真分析 19

3.2.1 SVG系统的整体介绍 19

3.2.2 SVG内部结构仿真图 20

3.3 SVG控制系统内部仿真图 21

3.3.1 控制器controller内部仿真结构 21

3.3.2 幅值计算 24

3.3.3 PWM模块 25

第4章 仿真结果分析 26

4.1 三电平仿真示意图 26

4.2 感性负载 26

4.3 容性负载 28

第5章 总结 30

5.1 章节回顾 30

5.2 设计感想 31

参考文献 32

致谢 33

第1章 绪论

1.1 研究的背景内容

随着社会的持续发展，科学的进步，生活的多样化，实际生活中人们对电力的需求越来越高，生活中的各个方面都须要电力的应用，从而电网的可靠性是必需要被考虑的问题，只有电网优质的可靠运行才能保证生活的顺利进行。其中无功功率在电网中是很重要的课题，在电力系统的运行过程中，要是无功功率的储备不够将会直接影响电网电压的水平，而发电机发出的无功功率往往不能满足电网的需求。具有冲击性的无功功率的负载还可能会造成电网的波动，甚至影响电能质量以及在电力网潮流的分析过程中，假如要考虑使系统的损耗降到最少和无功功率最少，也需要对无功功率进行控制。为了解决这些问题无功补偿技术边应运而生，合适的无功补偿对于有效的抑制电网电压的波动并能维持其稳定，所以无功补偿对电力系统的运行非常的重要。而在电力系统的运行过程中，SVG作为柔性交流输电系统（FACTS）的重要组成部分，使SVG成为电力系统中的研究热点。

1.2 无功功率及相应的无功补偿装置的简述

1.2.1 无功功率的定义

当电力系统电路中为纯电阻负载元件时，这时的电压与电流是不会存在着相位差的，此时的有功功率即为全功率。但是，若实际的系统电路和用电设备中，还存在着电感与电容等元件，使得电压与电流存在着相应的相位差，以区分有功功率。在电网中，不但在着有功功率还存在着无功功率，无功功率主要是用于电气设备内电场与磁场的能量交换，它是在电气设备中建立并维护磁场的功率，但不对外做功。而现实生活中的用电负载都不只是完全的存电阻负载，而是以阻感负载与阻容负载居多。像日用的荧光灯，具有异步电动机的家电，或则是变压器等。它们都将会不断的吸收电力系统中的无功功率产生损耗。除此之外，其他像串联电抗器，架空线路都需要吸收大量的无功功率才能工作。另外，如果电网中的无功功率容量不足或者是供应量不足，用电设备就不能得到到足够的无功功率去建立交变的电磁场，那么用电设备便不能够一直保持在额定得工作状态，电气设备的端电压就会下降，从而电设备的正常运行状态将会受到影响。而无功功率对供电和用电也产生了一系列影响，比如：  

1. 会导致设备设备增大容量。由于视在功率会随无功功率的增加而增加，所以如变压器在内的设备的容量便会增加    
2. 无功功率在电网中的传输会不但增大了线路电压的损耗，还增加了电能的损耗。 
3. 在电力系统中无功功率不足的情况下，这时设备将会功率因数很低条件下运行，这样导致电压下降，从而让电气设备不能够充分发挥。  

1.2.2 无功补偿装置发展由来

由前文可知，电力系统与电网是否能正常运行，和无功功率有着莫大的关系。考虑到无功功率对电网运行的危害相当的大，人们开始想尽办法的对无功功率进行补偿，所以无功补偿装置就应运而生。而无功补偿装置从开始研究到现在的应用走过了不同的时代：

第1代为同步调相机，同步调相机又称为同步补偿机，主要用于维持电压水平和改善电网功率因数。其主要特点是运行在电动机状态并且不带机械状态，其主要缺点是功率损耗比较大产生大量热量与噪音。跟随无功补偿装置的发展，此种装置已很少使用。